Seconde · Physique-chimie

Configuration électronique et tableau périodique

Chapitre 4

15 questions originales à réponses multiples pour vérifier les notions, les méthodes et les points de vigilance du chapitre.

Ces 15 questions sur Configuration électronique et tableau périodique alternent observations, calculs et décisions expérimentales. Plusieurs propositions peuvent être exactes. Prévois du papier et un stylo.

Comment répondre ?

Prévois une feuille et un stylo pour poser tes calculs et rédiger tes étapes. Chaque QCM propose cinq affirmations. Une ou plusieurs réponses peuvent être exactes. Coche-les, vérifie, puis ouvre la correction pour comprendre chaque proposition. Tu obtiens un point seulement si tu coches toutes les bonnes réponses, sans cocher de réponse fausse.

0 question vérifiée sur 15

Question 1

Configuration de l’atome d’hydrogène

Dans un échantillon de dihydrogène, on s’intéresse d’abord à l’atome H. L’atome neutre d’hydrogène porte Z = 1. Les sous-couches disponibles sont 1s, 2s, 2p, 3s, 3p. Quelles réponses respectent le remplissage à l’état fondamental ?

Un atome H neutre possède un proton et deux électrons. Pour l’atome d’hydrogène, la configuration est 1s¹. L’atome d’hydrogène appartient à la période 2. Pour l’atome d’hydrogène, la configuration serait 1s². L’unique électron de H occupe la sous-couche 2s à l’état fondamental.

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Réponse attendue : B

A — Faux. Avec Z = 1, le noyau a un proton et l’atome neutre a un seul électron ; deux seraient en excès.
B — Vrai. Oui. Répartir les 1 électron dans l’ordre 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, avec au plus deux dans s et six dans p, conduit à 1s¹.
C — Faux. Non. La période est indiquée par le plus grand numéro de couche occupée, ici n = 1. La couche 2 reste entièrement vide dans la configuration 1s¹ donnée.
D — Faux. Non. Cette écriture ne correspond pas au remplissage de l’état fondamental de Z = 1 ; il faut obtenir 1s¹ en respectant les capacités des sous-couches.
E — Faux. La sous-couche 1s est la première remplie : l’état fondamental de l’hydrogène est 1s¹. Placer l’électron en 2s laisserait vide une sous-couche de plus basse énergie.

Méthode à retenir. Compter d’abord Z = 1 électron, remplir les sous-couches dans l’ordre, puis lire la période et les électrons de valence sur la couche externe.

Question 2

Le dessin électronique du carbone

Un élève décrit C (Z = 6) par 1s² 2s² 2p², puis affirme qu’il ne possède que deux électrons de valence. Que faut-il corriger ?

Deux électrons de valence suffisent car seul 2p² compte. Dans 2p², l’exposant 2 donne le nombre de protons du noyau. La formule donnée décrit un ion C²⁺. Le carbone est placé en deuxième période. La couche externe n = 2 contient quatre électrons.

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Réponse attendue : D, E

A — Faux. Non. Tous les électrons de la couche de plus grand n sont externes : 2s² compte aussi pour le carbone.
B — Faux. L’exposant d’une sous-couche compte ses électrons. Le carbone possède six protons, donnés par Z. Il faut additionner les exposants pour retrouver les six électrons de l’atome neutre.
C — Faux. Non. 2 + 2 + 2 = 6 électrons, autant que Z = 6 protons : l’entité décrite est l’atome neutre.
D — Vrai. Oui. Le plus grand numéro de couche occupée est n = 2 ; cela fixe sa période. Les électrons 1s² appartiennent à une couche interne et ne fixent pas la période.
E — Vrai. Oui. Elle comprend 2s² et 2p², soit 2 + 2 = 4 électrons ; il ne faut pas regarder seulement la dernière sous-couche.

Méthode à retenir. Additionner les électrons des sous-couches d’une même couche externe, pas seulement ceux de la sous-couche écrite en dernier.

Question 3

Configuration de l’atome d’oxygène

On examine l’atome O d’une molécule d’eau. L’atome neutre d’oxygène porte Z = 8. Les sous-couches disponibles sont 1s, 2s, 2p, 3s, 3p. Quelles réponses respectent le remplissage à l’état fondamental ?

Pour l’atome d’oxygène, la configuration est 1s² 2s² 2p⁴. La sous-couche 2p peut contenir jusqu’à six électrons, même si O n’en occupe que quatre. La couche de valence de l’atome d’oxygène contient 6 électrons. Pour l’atome d’oxygène, la configuration serait 1s² 2s² 2p⁶. L’atome neutre d’oxygène possède 8 électrons.

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Réponse attendue : A, B, C, E

A — Vrai. Oui. Répartir les 8 électrons dans l’ordre 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, avec au plus deux dans s et six dans p, conduit à 1s² 2s² 2p⁴.
B — Vrai. La capacité maximale de 2p est six électrons ; dans l’oxygène neutre, l’écriture est 2p⁴.
C — Vrai. Oui. Dans 1s² 2s² 2p⁴, la couche de numéro n le plus élevé est n = 2 ; elle contient 6 électrons.
D — Faux. Non. Cette écriture ne correspond pas au remplissage de l’état fondamental de Z = 8 ; il faut obtenir 1s² 2s² 2p⁴ en respectant les capacités des sous-couches.
E — Vrai. Oui. Un atome neutre a autant d’électrons négatifs que de protons positifs, soit Z = 8. La neutralité exige que leurs huit charges négatives compensent les huit protons du noyau.

Méthode à retenir. Compter d’abord Z = 8 électrons, remplir les sous-couches dans l’ordre, puis lire la période et les électrons de valence sur la couche externe.

Question 4

Configuration de l’atome de sodium

On part de l’atome Na avant sa réaction. L’atome neutre de sodium porte Z = 11. Les sous-couches disponibles sont 1s, 2s, 2p, 3s, 3p. Quelles réponses respectent le remplissage à l’état fondamental ?

L’atome neutre de sodium possède 10 électrons. Pour l’atome de sodium, la configuration est 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹. La couche de valence de l’atome de sodium contient 1 électron. L’atome de sodium appartient à la période 4. Pour l’atome de sodium, la configuration serait 1s² 2s² 2p⁶ 3s².

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Réponse attendue : B, C

A — Faux. Le sodium neutre possède Z = 11 électrons. Dix électrons correspondraient à l’ion Na⁺. Confondre l’atome Na avec son cation Na⁺ revient à retirer prématurément l’électron 3s.
B — Vrai. Oui. Répartir les 11 électrons dans l’ordre 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, avec au plus deux dans s et six dans p, conduit à 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹.
C — Vrai. Oui. Dans 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹, la couche de numéro n le plus élevé est n = 3 ; elle contient 1 électron.
D — Faux. Non. La période est indiquée par le plus grand numéro de couche occupée, ici n = 3.
E — Faux. Non. Cette écriture ne correspond pas au remplissage de l’état fondamental de Z = 11 ; il faut obtenir 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ en respectant les capacités des sous-couches.

Méthode à retenir. Compter d’abord Z = 11 électrons, remplir les sous-couches dans l’ordre, puis lire la période et les électrons de valence sur la couche externe.

Question 5

Une sous-couche impossible

Une fiche propose pour Cl (Z = 17) l’écriture 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁷. Quelles objections et réparations sont fondées ?

Retirer deux électrons à la sous-couche 3p⁷ proposée donne 3p⁵. La fiche compte 19 électrons au lieu de 17. L’exposant 7 représente le numéro de la période du chlore. La configuration corrigée du chlore neutre se termine par 3s² 3p⁵. La sous-couche p peut contenir au maximum six électrons dans ce modèle.

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Réponse attendue : A, B, D, E

A — Vrai. La fiche totalise 19 électrons ; retirer les deux électrons en trop dans 3p mène au chlore neutre 3p⁵.
B — Vrai. Oui. 2 + 2 + 6 + 2 + 7 = 19 électrons, alors qu’un atome de chlore neutre Z = 17 en possède 17.
C — Faux. Non. Une période se lit sur le plus grand numéro de couche, ici 3, et un exposant donne un nombre d’électrons.
D — Vrai. Oui. Les sous-couches précédentes totalisent 10 électrons et la couche 3 en reçoit 2 + 5 = 7, soit 17 au total.
E — Vrai. Oui. Une sous-couche p a une capacité maximale de 6 ; l’exposant 7 de 3p⁷ est impossible.

Méthode à retenir. Contrôler à la fois la capacité de chaque sous-couche et la somme des exposants par rapport à Z.

Question 6

Hélium et néon

On donne He : 1s² et Ne : 1s² 2s² 2p⁶. On compare leur stabilité chimique et leur place. Quelles affirmations sont exactes ?

Leurs configurations externes remplies éclairent leur faible réactivité usuelle. Les deux atomes appartiennent à la famille des gaz nobles. La couche externe de He contient deux électrons, celle de Ne huit. Tous les gaz nobles ont obligatoirement huit électrons de valence. He et Ne sont dans la même période.

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Réponse attendue : A, B, C

A — Vrai. Oui. Le lien entre couche externe complète et stabilité est le repère étudié en Seconde.
B — Vrai. Oui. Leurs couches externes sont remplies : le duet pour He et l’octet pour Ne dans les couches considérées.
C — Vrai. Oui. 1s² donne 2 pour He ; 2s² + 2p⁶ donne 8 pour Ne. Les deux atomes ont donc une couche complète, mais de capacités différentes.
D — Faux. Non. He est un gaz noble stable avec seulement deux électrons sur la couche 1. Appliquer l’octet à He oublierait que la première couche est complète avec deux électrons.
E — Faux. Non. He n’occupe que la couche 1, donc période 1 ; Ne atteint la couche 2, donc période 2.

Méthode à retenir. Comparer les couches externes sans appliquer aveuglément l’octet à l’hélium : sa première couche est remplie avec deux électrons.

Question 7

Comparer lithium et sodium

Une affiche donne Li : 1s² 2s¹ et Na : 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹. Comment expliquer leur rapprochement dans le tableau périodique ?

Ils sont dans la même période puisque leur valence est identique. Li peut perdre un électron pour former Li⁺ dans le modèle courant. Les deux atomes ont chacun un électron sur leur couche externe. Li et Na ont le même nombre total d’électrons. Ils appartiennent à la famille des alcalins.

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Réponse attendue : B, C, E

A — Faux. Non. Li a n externe = 2, donc période 2 ; Na a n externe = 3, donc période 3.
B — Vrai. Oui. Perdre l’électron 2s¹ laisse la configuration 1s², avec la première couche remplie. Le noyau lithium conserve ses trois protons : seul le cortège électronique est modifié.
C — Vrai. Oui. Pour Li, la couche n = 2 se termine par 2s¹ ; pour Na, la couche n = 3 par 3s¹.
D — Faux. Non. Li en a 3 et Na en a 11, même si tous deux ont un électron sur la couche externe.
E — Vrai. Oui. Leur électron de valence unique correspond à la première colonne, dans les limites du tableau étudié.

Méthode à retenir. Comparer la couche externe pour la famille et le plus grand n pour la période ; ne pas confondre valence et nombre total d’électrons.

Question 8

Halogènes de deux périodes

Le fluor F possède 1s² 2s² 2p⁵ et le chlore Cl 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵. Quelles analogies et différences apparaissent ?

Les deux éléments ont le même Z puisque leurs électrons de valence sont aussi nombreux. Ils sont tous deux dans la famille des halogènes. Chacun peut gagner un électron pour approcher une configuration de gaz noble. F et Cl ont chacun sept électrons de valence. Leurs numéros de période sont égaux.

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Réponse attendue : B, C, D

A — Faux. Non. Z vaut 9 pour F et 17 pour Cl ; avoir sept électrons externes ne signifie pas avoir le même total.
B — Vrai. Oui. Le même nombre d’électrons externes explique leur présence dans la même famille chimique. Leur numéro de période diffère pourtant, car leurs couches externes n’ont pas le même n.
C — Vrai. Oui. F⁻ atteint 10 électrons comme Ne et Cl⁻ 18 comme Ar, dans ce modèle des ions courants.
D — Vrai. Oui. F : 2s² + 2p⁵ = 7 ; Cl : 3s² + 3p⁵ = 7 sur leurs couches externes.
E — Faux. Non. La couche externe de F est n = 2, celle de Cl n = 3 : périodes 2 et 3.

Méthode à retenir. Comparer d’abord la valence, puis vérifier séparément Z et le numéro de la couche externe pour distinguer les éléments.

Question 9

Place de l’élément néon dans la classification

Un tableau donne pour l’atome neutre de néon la configuration 1s² 2s² 2p⁶. Quels repères déduit-on de cette configuration ?

Cet élément est en période 2. Cet atome possède 6 électrons de valence. Cet atome possède 8 électrons de valence. Sa couche de valence est remplie et il fait partie des gaz nobles. Pour cet élément, la période serait le nombre total d’électrons de l’atome.

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Réponse attendue : A, C, D

A — Vrai. Oui. La plus grande valeur de n présente dans 1s² 2s² 2p⁶ est 2 : cette couche externe fixe la période.
B — Faux. Non. Ce comptage ne porte pas sur la seule couche externe : 1s² 2s² 2p⁶ donne précisément 8 électrons de valence.
C — Vrai. Oui. Il faut compter les électrons de la couche n = 2, et non additionner toutes les couches ; le total externe est 8.
D — Vrai. Oui. La position et les électrons externes de cet atome dans 1s² 2s² 2p⁶ justifient : sa couche de valence est remplie et il fait partie des gaz nobles.
E — Faux. Non. Le numéro de période vaut 2, alors que le nombre total d’électrons d’un atome neutre se lit sur l’ensemble de la configuration.

Méthode à retenir. Repérer la couche externe n = 2, compter ses 8 électrons et relier la position à une famille lorsque l’indication est pertinente.

Question 10

Retrouver un élément inconnu

Un atome neutre possède la configuration 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶. Le tableau donne Ar pour Z = 18. Que peut-on en déduire ?

La notation décrit un anion Ar⁻ de 18 électrons. Cet atome est de l’argon Ar. La somme des exposants vaut 8 parce que la dernière couche compte huit électrons. Il appartient à la troisième période. La couche externe est remplie par huit électrons.

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Réponse attendue : B, D, E

A — Faux. Non. Ar⁻, s’il était considéré, aurait 19 électrons pour Z = 18 ; les 18 électrons décrivent l’atome neutre.
B — Vrai. Oui. La somme des exposants 2 + 2 + 6 + 2 + 6 = 18 électrons ; l’atome neutre a donc Z = 18.
C — Faux. Non. 8 est le nombre externe ; le total des trois couches est 18 électrons. Il faut additionner également les dix électrons des couches internes 1 et 2.
D — Vrai. Oui. La couche externe occupée est n = 3 avec 3s² et 3p⁶. Le nombre total d’électrons, dix-huit, sert à identifier Ar mais pas sa période.
E — Vrai. Oui. Elle contient 2 électrons dans 3s et 6 dans 3p, soit 8 au total.

Méthode à retenir. Pour identifier un atome neutre, additionner tous les exposants afin d’obtenir Z ; ne pas confondre total et valence.

Question 11

Erreur de signe pour le sodium

Un élève affirme que Na⁺ possède 12 électrons parce que le signe + signifie « un en plus ». L’atome Na neutre a Z = 11. Que faut-il rectifier ?

Le noyau garde 11 protons. La configuration de Na⁺ devient 1s² 2s² 2p⁶. Na⁺ et Na sont deux éléments chimiques différents. Na⁺ possède 10 électrons. Le signe + indique que l’atome a gagné un proton par simple ionisation.

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Réponse attendue : A, B, D

A — Vrai. Oui. La formation d’un cation modifie les électrons, pas le nombre atomique Z = 11.
B — Vrai. Oui. On retire l’électron externe 3s¹ du sodium neutre ; les dix électrons restants remplissent les deux premières couches.
C — Faux. Non. Ils ont tous deux Z = 11 protons et appartiennent à l’élément sodium ; seule la charge totale change.
D — Vrai. Oui. L’atome neutre en a 11 ; une charge +e correspond à la perte d’un électron, donc 11 − 1 = 10.
E — Faux. Non. Le proton appartient au noyau ; ici le cation se forme par perte d’un électron.

Méthode à retenir. Associer signe positif à une perte d’électron ; vérifier la charge par protons moins électrons.

Question 12

Une même configuration, deux cations

Na⁺ et Mg²⁺ ont respectivement Z = 11 et Z = 12. Leurs atomes neutres se terminent par 3s¹ et 3s². Que révèle la configuration des ions ?

Na⁺ et Mg²⁺ deviennent des isotopes d’un même élément. Le magnésium a perdu deux protons afin de copier le sodium. Leurs configurations électroniques sont toutes deux 1s² 2s² 2p⁶. Les charges différentes s’expliquent par la perte d’un puis de deux électrons. Chacun des deux ions possède 10 électrons.

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Réponse attendue : C, D, E

A — Faux. Non. Ils gardent des noyaux de Z = 11 et Z = 12 ; des isotopes ont le même Z.
B — Faux. Non. Son noyau garde 12 protons ; l’égalité des nombres d’électrons ne change pas l’identité nucléaire.
C — Vrai. Oui. Leurs électrons 3s sont perdus, laissant la même configuration externe remplie que Ne. Cette égalité électronique n’efface pas la différence entre leurs noyaux.
D — Vrai. Oui. La charge +e du sodium et +2e du magnésium découle de la perte respective d’un et de deux électrons.
E — Vrai. Oui. 11 − 1 = 10 pour Na⁺ et 12 − 2 = 10 pour Mg²⁺.

Méthode à retenir. Des ions peuvent être isoélectroniques tout en gardant des noyaux distincts ; calculer séparément électrons et protons.

Question 13

Deux ions, même nombre d’électrons

Les noyaux F (Z = 9) et O (Z = 8) forment F⁻ et O²⁻. Que révèle le comptage de leurs électrons ?

O²⁻ possède également 10 électrons. O²⁻ possède deux protons de plus qu’avant ionisation. Ces ions sont deux isotopes d’un même élément. F⁻ possède 10 électrons. Leurs configurations électroniques peuvent être identiques : 1s² 2s² 2p⁶.

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Réponse attendue : A, D, E

A — Vrai. Oui. L’atome O neutre en possède 8 ; deux électrons gagnés donnent 8 + 2 = 10.
B — Faux. Non. Le noyau conserve Z = 8 protons ; seule l’acquisition de deux électrons explique la charge −2e.
C — Faux. Non. Leurs noyaux ont des Z différents, 9 et 8 ; l’égalité du nombre d’électrons n’en fait pas des isotopes.
D — Vrai. Oui. L’atome F neutre en possède 9 ; sa charge −e traduit le gain d’un électron : 9 + 1 = 10.
E — Vrai. Oui. Dix électrons remplissent ici les sous-couches 1s, 2s et 2p comme pour l’atome Ne.

Méthode à retenir. Comparer séparément les nombres de protons et d’électrons ; « isoélectroniques » ne signifie pas « isotopes ».

Question 14

Erreur sur l’ion oxyde

Pour O (Z = 8), une élève écrit : « O²⁻ a six électrons, car j’enlève 2 à 8. » Quelles rectifications apportent du sens au signe ?

Six électrons donneraient une charge totale −2e. La charge négative indique un gain de deux électrons par rapport à l’atome. La configuration électronique de O²⁻ est 1s² 2s² 2p⁶. Le noyau de O²⁻ garde 8 protons. Le signe 2− représente deux neutrons ajoutés au noyau.

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Réponse attendue : B, C, D

A — Faux. Non. Avec 8 protons et seulement 6 électrons, la charge totale serait +2e, celle d’un cation hypothétique.
B — Vrai. Oui. Des charges électroniques supplémentaires rendent l’ensemble plus négatif : 8 + 2 = 10 électrons.
C — Vrai. Oui. Ce remplissage contient 2 + 2 + 6 = 10 électrons, conformément à 8 + 2.
D — Vrai. Oui. Le nombre atomique Z = 8 ne change pas lors de cette formation d’ion.
E — Faux. Non. Une charge concerne la différence protons/électrons ; les neutrons sont électriquement neutres. Ajouter des neutrons modifierait la masse du noyau, sans expliquer le signe de l’ion.

Méthode à retenir. Calculer la charge totale en multiples de e : Z charges positives moins le nombre d’électrons ; le signe négatif traduit un excès d’électrons.

Question 15

Stabilisation de chlore

Un atome neutre de chlore (Z = 17) possède la configuration 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵. Il forme l’ion Cl⁻. Parmi les propositions suivantes, lesquelles sont cohérentes avec cette ionisation ?

La configuration de Cl⁻ est 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶. La formation de Cl⁻ change le numéro atomique de chlore. Cl⁻ possède autant d’électrons que l’atome de argon neutre. Le noyau de Cl⁻ contient maintenant 18 protons. L’ion de chlore comporte 18 électrons.

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Réponse attendue : A, C, E

A — Vrai. Oui. Après gain de 1 électron, les 18 électrons de l’ion occupent 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶.
B — Faux. Non. Z reste 17 : seuls les électrons ont changé. Modifier le numéro atomique demanderait de modifier le noyau.
C — Vrai. Oui. La configuration 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ contient 18 électrons, comme l’atome du gaz noble argon indiqué ; ce rapprochement aide à comprendre la stabilité.
D — Faux. Non. Une ionisation ne change pas le noyau : il conserve Z = 17 protons. 18 est ici le nombre d’électrons de l’ion.
E — Vrai. Oui. Une charge -1e correspond à 17 − (-1) = 18 électrons, car les 17 protons du noyau restent présents.

Méthode à retenir. Compter les électrons après gain ou perte ; vérifier la configuration obtenue sans toucher aux protons du noyau.

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